Глава 2 пожарные насосы
Из всего многообразия пожарно-технического вооружения насосы представляют наиболее важный и сложный их вид. В пожарных автомобилях различного назначения используется разнообразная номенклатура насосов, работающих по различным принципам. Насосы, прежде всего, обеспечивают подачу воды на тушение пожаров, работу таких сложных механизмов, как автолестницы и коленчатые подъемники. Насосы применяются во многих вспомогательных системах, таких, как вакуумные системы, гидроэлеваторы и др. Широкое применение насосов обусловлено не только их устройством, но и рабочими характеристиками, особенностями режимов их работы, это обеспечивает эффективное применение их для тушения пожаров.
2.1. Основные определения и классификация насосов
Первое упоминание о насосах относится к III – IV вв. до нашей эры. В это время грек Ктесибий предложил поршневой насос. Однако точно, не известно использовался ли он для тушения пожаров.
Изготовление поршневых пожарных насосов с ручным приводом осуществлялось в XVIII в. Пожарные насосы с приводом от паровых машин производились в России уже в 1893 г.
Идея использовать центробежные силы для перекачки воды была высказана Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.), теория же центробежного насоса была обоснована членом Российской Академии наук Леонардом Эйлером (1707 – 1783 гг.).
Создание центробежных насосов интенсивно развивалось во второй половине XIX в. В России разработкой центробежных насосов и вентиляторов занимался инженер А.А. Саблуков (1703 – 1857 гг.) и уже в 1840 г. им был разработан центробежный насос. В 1882 г. был произведен образец центробежного насоса для Всероссийской промышленной выставки. Он подавал 406 ведер воды в минуту.
В создание отечественных гидравлических машин, в том числе насосов, большой вклад внесли советские ученые И.И. Куколевский, С.С. Руднев, А.М. Караваев и др.
Пожарные центробежные насосы отечественного производства устанавливались на первых пожарных автомобилях (ПМЗ-1, ПМГ-1 и др.) уже в 30-х гг. прошлого столетия.
Исследования в области пожарных насосов на протяжении многих лет проводились во ВНИИПО и ВИПТШ.
В настоящее время на пожарных машинах применяются насосы различных типов (рис. 2.1). Они обеспечивают подачу огнетушащих веществ, функционирование вакуумных систем, работу гидравлических систем управления.
Рис. 2.1. Область применения насосов
Работа всех насосов с механическим приводом характеризуется двумя процессами: всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости. При этом насос любого типа характеризуется величиной подачи жидкости, развиваемой напором, высотой всасывания и величиной коэффициента полезного действия.
Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени, Q, л/с. Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину измеряют в метрах водяного столба, Н, м. Для выяснения сущности определения напора рассмотрим схему работы насосной установки (рис. 2.2). На основании уравнения Бернулли запишем
е2 - е1 = (z2
– z1)
+
,
(2.1)
где е2
и е1
– энергия на входе и выходе из насоса;
Р2
и Р1
– давление жидкости в напорной
и всасывающей полости, Па; ρ
– плотность жидкости, кг/м3;
v2
и v1
– скорость жидкости на выходе
и входе в насос, м/с; g – ускорение
свободного падения, м/с. Разность z2
и z1,
а также
невелики, поэтому для практических
расчетов ими пренебрегают.
Значения
и
выразим через показания манометра Нман
и вакуумметра Нвак
на насосе, измеренные в м вод. ст.
и
.
(2.2)
На основании изложенного напор Н насоса приближенно оценивают как сумму показаний манометра и вакуумметра:
Н = Нман + Нвак. (2.3)
В
этой формуле знак «плюс» ставят, если
во всасывающей полости вакуум, т.е. при
работе с открытого водоисточника. В
случае забора воды из водопроводной
сети или при работе последовательно
включенных насосов ставят знак «минус».
В соответствии с рис. 2.2 напор, развиваемый насосом Н, должен обеспечить подъем воды на высоту Нг, преодолеть сопротивления во всасывающей hвс и напорной линии hн и обеспечить требуемый напор на стволе Нств. Тогда можно записать
Н = Нг + hвс + hн + Нств. (2.4)
Потери во всасывающей и напорной линиях определяют по формуле:
hвс = Sвс Q2 и hн = Sн Q2, (2.5)
где Sвс и Sн – коэффициенты сопротивления линий всасывания и нагнетания.
На практике используют понятие «напор на насосе» – это манометрический напор. Он равен Нман = Нпод + hн + Нств. (2.6)
Эффективная мощность, Вт, насоса расходуется на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости с плотностью ρ на высоту Н, м:
Ne = ρgQH. (2.7)
Мощность, потребляемая насосом, равна
.
(2.8)
Полный КПД η насоса определяют по формуле
η = ηо ηг ηм, (2.9)
где ηо , ηг и ηм – КПД объемный, гидравлический и механический.
Центробежные насосы обладают рядом достоинств. При постоянной скорости вала насоса nном, об/мин, изменяя подачу Q, л/с, в широких пределах (до 10 раз), напор Н, м, развиваемый им, изменяется на 10–15 %. Следовательно, напор при изменении подачи всегда будет достаточно высоким. Центробежные насосы подают жидкость равномерно без пульсаций. Важным является и то, что они способны работать «на себя». При перекрытии ствола, засорении его или заломе напорных рукавов насос не выключается.
Центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, надежны в работе и просты в управлении. Существенным их недостатком является то, что они не могут забирать воду из открытых водоисточников. Поэтому их оборудуют специальными вакуумными системами с ручным или автоматическим включением.
К центробежным насосам для целей пожаротушения предъявляется ряд специфических требований. Они должны обеспечивать подачу воды и водных растворов пенообразователя с водородным показателем рН от 7 до 10 плотностью 1010 кг/м3 и массовой концентрацией твердых частиц до 0,5 % при их максимальном размере 3 мм. Насос может потреблять не более 70 % мощности, развиваемой двигателем, расположенным на шасси, и обеспечивать работу непрерывно в течение 6 ч при любых температурах окружающей среды.
Струйные и объемные насосы, применяемые на пожарных автомобилях, должны обеспечивать надежную и эффективную работу основных агрегатов во всем диапазоне условий эксплуатации. Они должны быть просты в управлении и обслуживании.